[发明专利]光学输出系统和包括该系统的照明单元

说明书

一种用于LED光源的光学输出系统，具有一对透镜阵列（40、42），在透镜阵列（40、42）之间具有窄气隙（48）。光学系统为光混合提供光学集成功能，并且气隙（48）使得即使对于来自宽角度范围的入射光，例如如从非准直光源接收的入射光，也能够提供均匀的宽束输出。

技术领域

本发明涉及一种光学输出系统，例如用于处理LED光源的输出。

背景技术

LED照明器是公知的，其中(一个或多个LED中的)LED光源被提供在外壳内部，并且光输出面板被提供在照明器内部的光源的前面。

已知的是，为光输出面板提供轮廓的表面，以便防止透射光在不期望方向上辐射。光输出面板例如是塑料板或任何其他材料（诸如聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）或聚碳酸酯（PC））的板。

面板的目的是确保透射光从面板在期望方向上辐射。此外，面板可以用于提供颜色混合并且减少由光源引起的图像伪影。

一种用于提供颜色混合的方案是利用小透镜阵列，例如两个小透镜阵列的堆叠。一种特定方案是利用所谓的科勒积分，如例如在Dross, O. “颜色混合准直器中的科勒积分” Proc. Of SPIE卷9571 957109, 2015中描述的。

科勒积分是强大的概念，以从各种发射颜色的源阵列创建均匀的和颜色混合的束，或者从非均匀的单个源提供光混合。

科勒积分器的典型示例是如图1中描绘的线性小透镜阵列。积分器包括由聚合物（诸如具有1.5的折射率的PMMA）形成的透镜主体10。两个相对的表面各自具有对准的微透镜阵列，具有节距p、透镜半径R和距球面透镜中心的角度+/-α，如示出的。透镜是凸的，即，它们各自从透镜主体10的中部向外弯曲。在单个板的透镜之间存在凹口。组合的两个透镜板的总体厚度v是第一透镜阵列的透镜凹口和第二透镜阵列的透镜凹口之间的(垂直、最短)距离。

这种类型的积分器的特征在于角度ψ。当入射束具有最大角度ϕ时，当ϕψ时，出射束的光在2ψ的角度范围内均匀分布。

窗格12中示出了用于准直光输入的积分器的功能。第一小透镜阵列聚焦到第二小透镜阵列的表面，并且从该表面发射广角束。

图1的底部部分示出了几何方程，以能够实现利用ψ的所需值构建线性小透镜阵列。该曲线图基于示出的方程示出了折射率如何影响透镜参数α和输出角ψ之间的关系。

图2作为左图示出了入射束的强度与角度图，该入射束具有50度的半峰全波(FWHM)(即，ϕ = 25度，并且所有光都被限制在该范围内)，并且示出了具有ψ=40度(使得FWHM = 80度)的小透镜表面的出射束的强度与角度图。

该线性科勒积分器的输入参数为:n=1.50(折射率)，R=0.5 mm和ψ=40度。α、v、p和x的计算值为:α=61.1度，v=0.665 mm，p=0.875 mm和x=0.258 mm。

图2示出了入射束的所有光都是分布的，并且因此在80度(2ψ)的角度范围内混合。

图3示出了输入光不限制于所需窄角度范围的情况。

图3作为左图示出了具有FWHM = 120度(即，ϕ = 60度)的入射束的强度与角度图，并且示出了具有ψ=40度的相同小透镜表面的出射束的强度与角度图。

如图3中示出的，当ϕψ时，光从透镜阵列在所有方向上逸出。以＞ψ的角度逸出的光不混合，并且可以在目标表面(诸如地板或墙壁)上给出伪影(诸如由于减少的颜色混合所致的颜色伪影)。

这意味着光应当在其进入科勒小透镜板之前被准直，以避免这些伪影。因此，需要附加的光学器件，并且这给出了具有不期望的高体积/尺寸和高成本的光学系统。